基于涡流脉冲热成像的压力容器壳体缺陷检测

发布时间：2020-07-22 12:26

【摘要】：压力容器作为一种密闭设备在工业上应用广泛,在石油化工、军工业、医药、化学冶炼等方面不可或缺。伴随应用的广泛性而来的问题是压力容器的失效问题。一旦失效,轻则造成经济损失,重则会引发爆炸、人员伤亡等事故。因此,在事故发生前检测出造成压力容器失效的原因并加以排除一直是一个重要课题。压力容器失效前的早期缺陷可能只是表面细小的裂纹,通常难以肉眼辨识。目前工业上有很多无损检测手段,可以在避免破坏压力容器的情况下检测缺陷,但传统的检测手段通常费人工且检测效率不高或者成本高昂。为了解决以上问题,本文通过使用涡流脉冲热成像检测手段,通过压力容器温度分布辨识缺陷,并结合广义形态成分分析算法和边缘检测算法对表面裂纹缺陷进行检测。本文的主要研究内容如下:基于涡流脉冲热成像检测原理和有限元分析原理建立仿真模型,仿真研究影响压力容器表面温度分布的因素,分析裂纹对压力容器表面涡流场和温度场的影响,以及温度与裂纹尺寸及压力容器表面曲率的关系。基于涡流脉冲热成像原理搭建实验系统,通过对人工制造的裂纹和自然形成的裂纹的研究,分析裂纹深度及加热时间对温度的影响对仿真结果进行实验验证。结合广义形态成分分析和Sobel边缘检测算法,对仿真及实验获得的热图像进行去噪并提取缺陷高温区域边缘信息,分析广义形态成分分析算法对图像的去噪效果以及裂纹深度与去噪效果的关系,并比较是否经过去噪的图像在边缘检测上的差异以及八方向Sobel边缘检测手段相比传统边缘检测手段的优势,并分析图像的灰度值与裂纹深度和加热时间的关系。本文通过对压力容器的仿真和实验研究,证明了涡流脉冲热成像检测技术可以应用于压力容器曲面壳体裂纹检测上,研究了影响压力容器裂纹处温度分布的主要因素,提出了利用温度升高比衡量裂纹深度的方法。并且提出利用广义形态成分分析减少热图像噪声干扰以突出缺陷,分析了去噪效果与裂纹深度的关系,然后结合Sobel边缘检测手段提取出裂纹缺陷高温区域边缘信息,给出了利用裂纹缺陷处高温区域的灰度值突变的特征判断裂纹深度的方法。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP391.41;TH49
【图文】：

压力容器,裂纹

第一章绪论研究背景及意义压力容器是用于盛装气体或液体，承载一定压力的密闭设备，通常工作在等环境中，或者用于易燃易爆等气液体的盛装。压力容器的用途极为广泛、军工、医疗等领域都有重要作用，其中以在石油工业与化学工业中使用这两种行业中使用的压力容器就占总数的一半左右。随着科学技术的发展器也正朝着功能增多、用途专业等方向发展。在不同的研究领域中，压力着不同的作用，应用条件非常复杂，甚至近于苛刻。新制容器和在役容器陷，会对压力容器安全产生很大的隐患，一旦失效可能造成严重事故。有，压力容器材料上以及生产过程中出现的缺陷有 2/3 左右是表面缺陷，而上的缺陷有 90%是表面缺陷或者由表面缺陷造成的缺陷[1]，如图 1-1 所示成为事故发生的诱因，在工业中存在着巨大的隐患。若不能有效地检测出造成重大的工业事故。

压力容器,容器,储存压力

图 1-2 各类压力容器从压力容器在使用中发挥的作用分类，主要包含储存压力容器、换热压力压力容器和分离压力容器。储存压力容器用于储存各种气液体；换热压力换热器，作用为热量交换；反应压力容器用来完成介质的物理、化学反应力容器用于完成介质的流体压力平衡缓冲和气体净化分离。其中本文所象为用于储存的圆柱形储罐。依据压力容器的材料来划分，主要分为碳素钢和钛合金、镍合金等。本文材料类型为铁磁性的铬钼合金钢，对应中国钢号为 35CrMo。.2 裂纹与失效问题在规定的使用环境和寿命期限内，压力容器材料、形状等发生变化，完全的设计功能，或者无法达到原本的设计要求，而无法正常使用的现象被称容器失效[6]。压力容器的失效形式主要分为四种：泄露失效、强度失效、和失稳失效。

温度分布,几何模型

电子科技大学硕士学位论文理功能，以实现数据的图形化显示，如显示物体的变形、温度分布以直观看到计算结果。可以采用与实验对比或与理论计算结果对比建模是整个有限元过程的最关键步骤，模型建立的好坏直接关系到计度、计算量和存储容量。在一定条件下，可以对模型的几何尺寸和造型细程度以及边界条件适当调整。模型建立1. 几何模型建立首先利用 Comsol Multiphysics 仿真软件对小型压力容器建模。选择三，将感应加热模块添加到物理场中，并根据实验环境建立空气域用于模热成像检测系统，在空气域中建立压力容器壳体的简化几何模型，如图

【参考文献】